吉利微型車轉向系設計(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 目 錄 摘要 Abstrac t 第 1 章 緒論 1 1.1 轉向系設計的目的及意義 1 1.2 轉向系的發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.3 設計的主要內(nèi)容 7 第 2 章 轉向系的方案設計 8 2.1 汽車轉向系的功用和設計要求 8 2.2 主要參數(shù)的確定 9 2.3 轉向器形式的選擇 9 2.3.1 機械轉向系組成及其功用 9 2.3.2 動力轉向系組成及其功用 10 2.3.3 轉向系統(tǒng)選擇 10 2.4 機械式轉向器的類型選擇 11 2.4.1 齒輪齒條式轉向器 11 2.4.2 循環(huán)球式轉向器 12 2.4.3 蝸桿滾輪式轉向器 13 2.5 本章小結 13 第 3 章 機械式轉向系總體設計 14 3.1 轉向系的主要性能參數(shù) 14 3.1.1 轉向系的效率 14 3.1.2 轉向系傳動比 15 3.1.3 轉向器的傳動副的間隙特性 16 3.1.4 轉向盤的總轉動圈數(shù) 17 3.1.5 轉向盤的選擇 17 3.2 機械式轉向器總體布置 19 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 3.3 本章小結 20 第 4 章 齒輪齒條轉向器的結構設計 21 4.1 轉向器齒輪的設計 21 4.2 轉向器齒條的設計 22 4.3 轉向器齒輪齒條的強度校核 23 4.4 本章小結 25 第 5 章 轉向操縱機構 的布置形式 26 5.1 轉向操縱機構的功用和組成 26 5.2 安全式轉向柱 27 5.3 可調(diào)節(jié)式轉向柱 31 5.4 萬向節(jié) 33 5.5 轉向操縱機構的布置方案 34 5.6 本章小結 34 第 6 章 轉向傳動機構 的布置形式 3 5 6.1 轉向傳動機構的功用 3 5 6.2 轉向傳動機構的組成及構造 3 5 6.2.1 與非獨立懸架配用的轉向傳動機構 3 5 6.2.2 與獨立懸架配用的轉向傳動機構 3 9 6.3 轉向節(jié) 4 1 6.3.1 轉向節(jié)簡介 41 6.3.2 主銷后傾角 42 6.3.3 主銷內(nèi)傾角 42 6.3.4 轉向節(jié)軸的選擇 43 6.3.5 轉向節(jié)的參數(shù) 43 6.4 本章小結 43 結論 44 參考文獻 45 致謝 46 附錄 4 7 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 附錄 A 英文文獻 4 7 附錄 B 文獻翻譯 5 3 摘 要 在汽車行駛中，轉向運動是最基本的運動。我們通過方向盤來操縱和控制汽車的行駛方向，從而實現(xiàn)自己的行駛意圖。在現(xiàn)代汽車上，轉向系統(tǒng)是必不可少的最基本的系統(tǒng)之一，它也是決定汽車主動安全性的關鍵總成，如何設計汽車的轉向特性，使汽車具有良好的操縱性能，始終是各汽車廠家和科研機構的重要課題。特別是在車輛高速化、駕駛人員非職業(yè)化、車流密集化的今天，針對更多不同的駕駛人群，汽車的操縱性設計顯得尤為重要。 本文主要介紹汽車轉向系的組成和作用，并 且采用相關數(shù)據(jù)進行設計機械式轉向系統(tǒng)的設計，考慮各種機械轉向器的利弊進行分析和計算設計相應的轉向操縱和轉向傳動機構。 首先，根據(jù)給定車型確定主要參數(shù)并確定轉向器形式及類型；其次，進行轉向系的總體設計；再次，進行轉向器的結構設計并根據(jù)使用要求進行校核；最后，針對設計的轉向器確定轉向操縱機構及轉向傳動機構的選擇及設計。 關鍵詞 :轉向系統(tǒng)；轉向器；齒輪齒條；轉向梯形；轉向節(jié)；轉向節(jié)臂 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 ABSTRACT Changing to motion in running in the automobile, is the most fundamental motion. We pass the intention and controlling automobile direction running , running realizing self thereby to come to control the steering wheel. On Hyundai Motor, changing to system is one of essential the most fundamental system , it is also the assembly deciding active security of automobile key, characteristic property how to design the automobile vergence, the automobile has a messenger fine control a function , be every automobile manufacturer and important institution for scientific research problem all the time. The personnel who high speed-rization , drives especially in the vehicle is not occupation-rization, vehicle stream concentrated -rization today, nature designs that specifically for still more different driving crowd , the automobile controlling appearing especially important. The automobile the main body of a book is introduced mainly changes to the composition and effect being , the advantages and disadvantages adopt the relevance data to carry out the implement designing that machinery style changes to systematic design , thinking that various machinery gets lost carries out analysis and calculates the organization designing that corresponding vergence controls and changes to drive and. First, according to a given model and determine the main parameters determining the form and type of steering gear； Secondly, the overall design of the steering system； again, the structural design of the steering gear and in accordance with the requirements of verification； Finally, the design of the steering Determine the steering control mechanism and the steering linkage of the selection and design. 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 Key words:Steering system； Steering gear； Rack and pinion； Steering trapezoidal； Steering knuckle； Steering knuckle arm 買文檔送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 第 1 章 緒 論 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 1.1 汽車轉向系設計的目的及意義 汽車在行駛過程中，為了適應各種道路情況和行駛條件，經(jīng)常需要改變行駛方向或修正行駛方向，如轉向、超車和避讓等。因此，轉向系對汽車行駛的適應性、安全性都具有重要的意義，轉向系統(tǒng)的性能直接影響著汽車的操縱穩(wěn)定性。 如何設計汽車的轉向系統(tǒng)，使汽車具有良好的 操縱性能，始終是各汽車廠家和科研機構的重要課題。特別是在車輛高速化、駕駛人員非職業(yè)化、車流密集化的今天，針對更多不同的駕駛人群，汽車的操縱性設計顯得尤為重要。 汽車是在一個世紀前出現(xiàn)的，大規(guī)模的汽車制造可以遠溯到 1911 年 1。相關技術的發(fā)展及二次世界大戰(zhàn)中的技術更新促進了汽車工業(yè)的發(fā)展和進步。今天，汽車工業(yè)在世界上大部分國家的經(jīng)濟中起到了中心作用。 1999 年，全球轎車的總產(chǎn)量大約為3866 萬輛，比 1998 年增加大約 2.2%； 2000 年世界汽車產(chǎn)量達到 5733 萬輛，比 1999年增長 2.8%，創(chuàng)歷史新記錄。 汽車生產(chǎn)大國日本在 1999 年生產(chǎn)了 810 萬輛汽車，比1998 年增加了 0.6%。由于中國及其他亞洲國家汽車市場的擴大，這種增長趨勢還會持續(xù)下去。 1992-2001 年的 10 年里，我國汽車產(chǎn)量平均年增長 15%，是同期世界汽車年均增長率的 10 倍。然而這種增長也具有負面影響，那就是會導致空氣污染和其他負面的社會和環(huán)保問題。 對轉向系統(tǒng)產(chǎn)品的需求隨著汽車化的提高而發(fā)生著變化。最初駕駛員們只希望比較容易地操縱轉向系統(tǒng)，而后則追求在高速行駛時的穩(wěn)定性、舒適性和良好的操縱感。傳統(tǒng)的汽車轉向系統(tǒng)是機械系統(tǒng)，汽車的轉向運動是由駕 駛員操縱方向盤，通過轉向器和一系列的桿件傳遞到轉向車輪而實現(xiàn)的。普通的轉向系統(tǒng)建立在機械轉向的基礎上，通常根據(jù)機械式轉向器形式可以分為：齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。常用的有兩種是齒輪齒條式和循環(huán)球式 (用于需要較大的轉向力時 )。這種轉向系統(tǒng)是我們最常見的，目前大部分低端轎車采用的就是齒輪齒條式機械轉向系統(tǒng)。 從上世紀四十年代起，為減輕駕駛員體力負擔，在機械轉向系統(tǒng)基礎上增加了液壓助力系統(tǒng)它是建立在機械系統(tǒng)的基礎之上的，額外增加了一個液壓系統(tǒng)HPS(hydraulic power steering)，一般有油泵、 V 形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控制閥。由于其工作可靠、技術成熟至今仍被廣泛應用?，F(xiàn)在液壓助力轉向系統(tǒng)在實際中應用的最多，根據(jù)控制閥形式有轉閥式和滑閥式之分。這個助力轉向系統(tǒng)最重要的新功能是液力支持轉向的運動，因此可以減少駕駛員作用在方向盤上的力。 近年來，隨著電子技術的不斷發(fā)展，轉向系統(tǒng)中愈來愈多的采用電子器件。相應的就出現(xiàn)了電液助力轉向系統(tǒng)。電液助力轉向可以分為兩大類：電動液壓助力轉向系下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 統(tǒng) EHPS、電控液壓助力轉向 ECHPS2。 EHPS 是在液壓助力系統(tǒng)基礎上發(fā)展起來的，其特點 是原來有發(fā)動機帶動的液壓助力泵改由電機驅動，取代了由發(fā)動機驅動的方式，節(jié)省了燃油消耗 。 ECHPS 是在傳統(tǒng)的液壓助力轉向系統(tǒng)的基礎上增加了電控裝置構成的。電液助力轉向系統(tǒng)的助力特性可根據(jù)轉向速率、車速等參數(shù)設計為可變助力特性，使駕駛員能夠更輕松便捷的操縱汽車。 現(xiàn)代電液動力轉向系統(tǒng)主要通過車速傳感器將車速傳遞給電子元件，或微型計算機系統(tǒng)，控制電液轉換裝置改變動力轉向的助力特性，使駕駛員的轉向手力根據(jù)車速和行駛條件變化而改變，即在低速行駛或轉急彎時能以很小的轉向手力進行操作，在高速行駛時能以稍重的轉向手力進行穩(wěn) 定操作，使操縱輕便性和穩(wěn)定性達到最合適的平衡狀態(tài)。 為了保證轉向輕便性，要求增大轉向器的傳動比。但是，增大角傳動比雖然可以減小轉向盤上的手力，但同時也造成汽車對操縱的反應減慢，甚至有可能導致駕駛員沒有能力來轉動轉向盤進行緊急避障等轉向操作，即不夠 靈 。 EHPS 相比傳統(tǒng) HPS 降低了能源損耗。但電液動力轉向系統(tǒng)，不論 ECHPS 還是 EHPS 都與傳統(tǒng)的 HPS 一樣存在液壓油泄漏問題。 上世紀 50 年代，通用汽車公司推出循環(huán)球式液壓動力轉向系統(tǒng)。上世紀 80 年代出現(xiàn)的電動轉向系統(tǒng)為動力轉向器增添了品種，歐洲汽車制造商在 研究配有電動轉向系統(tǒng)的汽車比較早，日本的 KOYO、 NSK、 HONDA 及美國的 DELPHI 等公司也開發(fā)了多種類型的電動轉向系統(tǒng) 3?，F(xiàn)在人們更加關注具有節(jié)能、環(huán)保特點的產(chǎn)品，因此也可預測從液壓轉向系統(tǒng)到電動轉向系統(tǒng)的轉變過程會在將來很快的發(fā)生。 因現(xiàn)代汽車發(fā)動機功率在不斷增大，行車速度也不斷提高，對于兩輪轉向的汽車在高速行駛時將使其操縱穩(wěn)定性變差。從 20 世紀 80 年代末四輪轉向系統(tǒng)已進入實用階段，不僅保證了汽車低速行駛的轉向靈活，也保證了汽車高速行駛的操縱穩(wěn)定性 3。 1.2 汽車轉向系統(tǒng)現(xiàn)狀 改革開放以來 ，我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛。作為汽車關鍵部件之一的轉向系統(tǒng)也得到了相應的發(fā)展，基本已形成了專業(yè)化、系列化生產(chǎn)的局面。有資料顯示，國外有很多國家的轉向器廠，都已發(fā)展成大規(guī)模生產(chǎn)的專業(yè)廠，年產(chǎn)超過百萬臺，壟斷了轉向器的產(chǎn)生，并且銷售點遍布了世界。 現(xiàn)代汽車轉向系統(tǒng)應適應汽車高速行駛的需要，從操縱輕便性、穩(wěn)定性及安全行駛的角度，汽車制造廣泛使用更先進的工藝方法，使用變速比轉向器、高剛性轉向器。變速比和高剛性 是目前世界上生產(chǎn)的轉向器結構的方向 4。還應該充分考慮安全性、輕便性。隨著汽車車速的提高，駕駛員和乘客的安 全非常重要，目前國內(nèi)外在許多汽車上已普遍增設能量吸收裝置，如防碰撞安全轉向柱、安全帶、安全氣囊等，并逐步推廣。從人類工程學的角度考慮操縱的輕便性，已逐步采用可調(diào)整的轉向管柱和動力下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 轉向系統(tǒng)。隨著國際經(jīng)濟形勢的惡化，石油危機造成經(jīng)濟衰減，汽車生產(chǎn)愈來愈重經(jīng)濟性，因此，要設計成本、低油耗的汽車和低成本、合理化生產(chǎn)線，盡量實現(xiàn)大批量專業(yè)化生產(chǎn)。對零部件生產(chǎn)，特別是轉向器的生產(chǎn)，更表現(xiàn)突出。人類逐漸意識到全球變暖的問題，從而需要改進燃燒效率，并且對具有環(huán)保、節(jié)能型特點的產(chǎn)品需求不斷增加。因此，可以預測從液壓轉向系統(tǒng)到 電動轉向系統(tǒng)的轉變過程會在將來很快發(fā)生。未來汽車的轉向器裝置，必定是以電腦化為唯一的發(fā)展途徑。 隨著汽車電子技術的迅猛發(fā)展，人們對汽車轉向操縱性能的要求也日益提高。汽車轉向系統(tǒng)已從傳統(tǒng)機械轉向、液壓助力轉向（ Hydraulic Power Steering）、電控液壓助力轉向（ Electric Hydraulic Power），發(fā)展到電動助力轉向系統(tǒng)（ Electric Power Steering），最終還將過渡到線控轉向系統(tǒng)（ Steer By Wire）。 在早期的汽車上，轉向機械非常簡單，主要由一級齒輪 傳動機構和轉向拉桿等構成。其基本功能是將駕駛員的手動旋轉操作轉變?yōu)檗D向拉桿的左右移動，從而帶動車輪轉動，實現(xiàn)汽車的轉向。隨著汽車技術的發(fā)展，出現(xiàn)了更為復雜的機械式轉向機構。 機械轉向機械中的一個重要性能參數(shù)是傳動效率。因轉向器結構的不同，轉向效率也有較大的差別。一般應要求正效率高而逆效率適當。若逆效率太低，則 路感 差，且不能保證車輪自動回正。有關資料介紹正、逆效率之差最好保持在 10%左右。 對于機械式轉向機構不斷提高轉向器的傳動效率已成為產(chǎn)品競爭的重要方面，它對轉向輕便性影響極大。另一個影響轉向輕便性的參 數(shù)是轉向系統(tǒng)的角傳動比，其中轉向器傳動比是系統(tǒng)傳動比的主要構成部分。轉向的輕便性要求系統(tǒng)具有較大的傳動比，同時方向盤旋轉圈數(shù)不宜太多。 現(xiàn)在國外變速比轉向器正進入完全成熟的階段，可以看出它是解決汽車轉向輕便性的一個最廉價而有效的措施。我們要想減小轉向時的操舵力，提高傳動效率和提高傳動比效果是相同的，但傳動效率每提高一個百分之二、三，在結構和工藝上都要付出巨大的努力，然而若使兩端的傳動比高出中間位置 20%，或者 50%，都是比較容易辦到的，而部件的制造成本增加甚少。此外，轉向系統(tǒng)的剛性對操縱穩(wěn)定性和前輪擺振的問 題也是一個很重要的指標。一般來說，轉向操縱的不靈敏區(qū)是自由行程和低剛度區(qū)造成。為了縮小不靈敏區(qū)，一是限制自由行程，一般認為自由行程超過方向盤轉角 是不能允許的，其次是增大系統(tǒng)剛度。為此，歐洲一些國家已經(jīng)取消了縱拉桿內(nèi)的彈蓋，日本也在淘汰這種結構。 隨著車輛載重的增加以及人們對車輛操縱性能要求的提高，簡單的機械式轉向系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足需要，動力轉向系統(tǒng)應運而生，它能在駕駛員轉動方向盤的同時提供助力，動力轉向系統(tǒng)分為液壓轉向系統(tǒng)和電動轉向系統(tǒng)兩種。其中液壓轉向系統(tǒng)是目下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 前使用最為廣泛的轉向系統(tǒng)。 液壓轉向系統(tǒng)在機械 系統(tǒng)的基礎上增加了液壓系統(tǒng)，包括液壓泵、 形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控制閥。它借助于汽車發(fā)動機的動力驅動液壓泵、空氣壓縮機和發(fā)電機等，以液力、氣力或電力增大駕駛員操縱前輪轉向的力量，使駕駛員可以輕便靈活地操縱汽車轉向，減輕了勞動強度，提高了行駛安全性。 液壓助力轉向系統(tǒng)從發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)有了大約半個世紀的歷史，可以說是一種比較完善的系統(tǒng)，由于其工作可靠、技術成熟至今仍被廣泛應用。它由液壓泵作為動力源，經(jīng)油管道控制閥向動力液壓缸供油，通過活塞桿帶動轉向機構動作，可通過改變缸徑及油壓的大小來改變助力的大小 ，由此達到轉向助力的作用。傳統(tǒng)液壓式動力轉向系統(tǒng)一般按液流的形式可以分為：常流式和常壓式兩種類型，也可以根據(jù)控制閥形式分為轉閥式和滑閥式。 隨著液壓動力轉向系統(tǒng)在汽車上的日益普及，人們對操作時的輕便性和路感的要求也日益提高，然而液壓動力轉向系統(tǒng)卻存在許多缺點：由于其本身的結構決定了其無法保證車輛在任何工況下轉動轉向盤實，都有較理想的操縱穩(wěn)定性，即無法同時保證低速時的轉向輕便性和高速時的操縱穩(wěn)定性；汽車的轉向特性受駕駛員的駕駛技術的嚴重影響；轉向傳動比固定，使汽車轉向響應特性隨車速、側向加速度等變化而變化，駕 駛員必須提前針對汽車轉向特性幅值和相位的變化進行一定的操作補償，從而控制汽車按其意愿行駛。這樣增加了駕駛員的操縱負擔，也使汽車轉向行駛中存在不安全隱患；而此后出現(xiàn)了電控液壓助力系統(tǒng)，它在傳統(tǒng)的液壓動力轉向系統(tǒng)的基礎上增加了速度傳感器，使汽車能夠隨著車速的變化自動調(diào)節(jié)操縱力的大小，在一定程度上緩和了傳統(tǒng)的液壓轉向系統(tǒng)存在的問題。 目前我國生產(chǎn)的商用車和轎車上采用的大多是電控液壓助力轉向系統(tǒng)，它是比較成熟和應用廣泛的轉向系統(tǒng)。 電動助力轉向系統(tǒng)是現(xiàn)在汽車轉向系統(tǒng)的發(fā)展方向，其工作原理是： EPS 系統(tǒng)的ECU 對來自 轉向盤轉矩傳感器和車速傳感器的信號進行分析處理后，控制電機產(chǎn)生適當?shù)闹D矩，協(xié)助駕駛員完成轉向操作。 近幾年來，隨著電子技術的發(fā)展，大幅度降低 EPS 的成本已成為可能，日本的大發(fā)汽車公司、三菱汽車公司、本田汽車公司、美國的 Delphi 汽車系統(tǒng)公司、 TRW 公司及德國的 ZF 公司都相繼研制出 EPS。到目前為止， EPS 系統(tǒng)在輕微型。 電動助力轉向系統(tǒng)主要是在機械式轉向系統(tǒng)的基礎上加上了傳感器（包括車速傳感器、轉矩傳感器和小齒輪位置傳感器）、電子控制單元（ ECU）、助力電機、電磁離合器和減速機構而構成。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 電動助力轉向 系統(tǒng)可根據(jù)減速機構的不同分為蝸輪蝸桿式助力機構和差動輪系式的主力機構兩種形式。差動輪系機構具有轉向路感平滑穩(wěn)定、轉向靈敏性可調(diào)，更適合前軸負載小且對高速操縱性能要求較高的轎車上，而蝸輪蝸桿機構具有助力大小可調(diào)整，適合前軸負載大、轉向沉重、主要目的是降低轉向力且對高速操縱性能要求不高的載貨汽車上。 另外電動助力轉向系統(tǒng)還可以根據(jù)電動機和減速機構位置的不同分為：軸助力式EPS（電機和減速裝置裝在轉向傳動軸上），轉向小齒輪助力式（電機和減速裝置裝在輸入小齒輪上），另端小齒輪助力式（電機和減速裝置裝在另端小齒輪上） ，齒條助力式（電機和減速裝置套在齒條外側）。 電動助力轉向系統(tǒng)主要的優(yōu)點有：自由度高，助力特性可以靈活的依據(jù)轉向時的車速、橫向加速度、汽車重量、電池電壓、車輪氣壓等產(chǎn)生不同的助力，且修改方便；結構簡單，相交與液壓助力轉向系統(tǒng)少了液壓泵、轉閥、液壓管道等復雜的液壓機構，不僅節(jié)省了大量的空間，也減少了 46kg 的重量；節(jié)能，對于駕駛員來說，最大的優(yōu)點就是 ESP 能相較于傳統(tǒng)的液壓助力式的轉向系統(tǒng)提升約 5%的燃油經(jīng)濟性。這是由于 EPS 只在轉向時才工作，而液壓轉向系統(tǒng)不管需不需要助力都一直在運行，尤其在汽車高速行駛時 ，原本這時是最不需要轉向助力的，而這時液壓泵的功率消耗卻是最大的；減振， EPS 系統(tǒng)具有較高的慣性力矩，對于來自輪胎的外部干擾可起到緩沖振動的作用。在高速相較于液壓轉向系統(tǒng)減振 25%-30%；環(huán)保，由于不存在液壓油泄漏等問題使得 EPS 相較于液壓轉向更為環(huán)保。 從整體上來講國內(nèi)近年來對于 EPS 的研究發(fā)展很快，尤其是在控制策略的研究上，已經(jīng)將不同的控制方法引如 ECU 中，并通過實驗和分析不斷地完善和改進，但是在對于細節(jié)的優(yōu)化上距離國外還有相當?shù)牟罹?，而且目前國?nèi)除了吉利汽車，還尚未自主知識產(chǎn)權的 EPS，距離 EPS 的 批量化生產(chǎn)也還有一段路要走。 盡管電控液壓助力裝置從一定程度上緩解了傳統(tǒng)的液壓轉向中輕便性和路感之間的矛盾，然而它還是沒有從根本上解決 HPS 系統(tǒng)存在的不足，隨著汽車微電子技術的發(fā)展，汽車燃油節(jié)能的要求以及全球性倡導環(huán)保，其在布置、安裝、密封性、操縱靈敏度、能量消耗、磨損與噪聲等方面的不足已越來越明顯，轉向系統(tǒng)向著電動助力轉向系統(tǒng)發(fā)展。 動力轉向系是在駕駛員的控制下，借助于汽車發(fā)動機產(chǎn)生的液壓力或電動機驅動力來實現(xiàn)車論轉向。由于采用動力轉向可以減少駕駛員手動轉向力矩，改善汽車的轉向輕便性和汽車的操縱穩(wěn)定性，因 此在國外不僅在商用車上，而且在中高級轎車和輕型車上也逐漸普遍應用。動力轉向系統(tǒng)主要有液壓助力式、氣動助力式和電動助力式下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 等三種形式。其中液壓助力轉向系統(tǒng)由于其工作壓力大，結構緊湊，而廣泛應用。 液壓助力轉向器自五十年代發(fā)展以來，已日趨成熟，得到廣泛應用，近幾年主要是提高現(xiàn)機構的輕量化，簡化結構；提升工作油壓。用壓鑄鋁代替鑄鐵的轉向器殼體；用塑料油箱代替鋼板沖壓油箱；對于微型車和轎車，用鋁合金轉向軸萬向節(jié)等措施，這些均可減輕 50%以上重量，其次，改進 路感 特性，為了滿足高速直行位置附近 路感 效果，改變閥特性 ，使其靜特性曲線的中間部位比較平坦。 傳統(tǒng)的液壓助力動力轉向系統(tǒng)在多采用固定的放大倍率存在著一些缺點：如果所設計的固定放大倍率的動力轉向系統(tǒng)是為了減少汽車在停車或低速行駛狀態(tài)下轉向盤的操舵力，則當汽車以高速行駛時，這一固定放大倍率會使轉向盤的操舵力顯得太小，高速行駛時 路感 差，不利于汽車的方向控制；反之，如果設計的固定放大倍率的動力轉向系統(tǒng)是為了增加汽車在高速行駛時轉向力，則當汽車低速行駛時，轉向轉向盤的力顯得太大，破壞了低速狀況下的操縱輕便性，為了解決這個問題，目前汽車界將電子控制技術應用在汽車動力轉向 系統(tǒng)中，使汽車轉向性能達到令人滿意的程度。迄今為止，電子控制液壓動力轉向系統(tǒng)已在轎車上獲得應用。電子控制液壓動力轉向是在傳統(tǒng)的液壓助力轉向基礎上增設了控制液體流量的電磁閥，車速傳感器和電子控制單元等。 現(xiàn)在，世界各國著名零件廠商正在大力研究開發(fā)一種新型的動力轉向系統(tǒng)，即電子控制電動動力轉向系統(tǒng)。電子控制電動動力轉向系統(tǒng)是在機械轉向系統(tǒng)的基礎上，根據(jù)作用在轉向盤上的轉矩信號和車速信號，通過電子控制裝置使電機產(chǎn)生相應大小和方向的輔助力，協(xié)助駕駛員進行轉向操縱，并獲得最佳轉向特性的伺服系統(tǒng)。 電子控制電動動力轉向 系統(tǒng)（ EPS）技術發(fā)展趨勢可歸結為： （ 1）電力驅動技術： EPS 系統(tǒng)中的電機要求端電壓、轉速較低、輸出轉矩相對較高、尺寸小。由于電機端電壓低，而功率相對較高。所以電機電流較大，這給驅動單元的電子器件選擇和電路設計帶來一定困難。 （ 2）非接觸式傳感器技術： EPS 系統(tǒng)中的轉向盤轉矩傳感器要求結構簡單、工作可靠、價格便宜，精度適中?？紤]到可靠性問題，目前國外多采用非接觸式。而接觸式傳感器應用較少。 （ 3）轉向控制技術：由于 EPS 系統(tǒng)在原有的機械式轉向系統(tǒng)中增加了電機和減速器，使得轉向操縱機構的慣性增大，為此需引入 慣性控制和阻力控制，避免在電機開始助力和結束助力時對轉向操縱產(chǎn)生影響。同時，為獲得更好的 路感 ，必需根據(jù)汽車的行駛速度和轉向狀態(tài)確定合理的助力大小和方向。 （ 4） EPS 系統(tǒng)與整車性能匹配：汽車本身是由各子系統(tǒng)組成的既相互聯(lián)系又相互下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 制約的有機整體，當汽車某個子系統(tǒng)改變時，整車性能也產(chǎn)生相應的變化。因此，必須對 EPS 系統(tǒng)與汽車上的其它子系統(tǒng)進行匹配，以利整車性能達到最優(yōu)化。 隨著電子技術和控制方法的進一步發(fā)展，有人提出了一個大膽的假設：即取消轉向盤與轉向輪之間的機械連接，完全由電能實現(xiàn)轉向，這就是線控轉向系統(tǒng) 。 線控電動轉向系統(tǒng)的特點：提高了駕駛員的安全性，由于減少了轉向柱等機械機構，使得駕駛員周圍空間變大，正面碰撞時對駕駛員的傷害得到了大大的降低。另外同樣安全氣囊與駕駛員間的距離加大，使得安全氣囊可以張得更大，以增加對駕駛員的保護；提高了汽車的操縱性，由于可以實現(xiàn)傳動比的任意設置，并針對不同的車速，轉向狀況進行參數(shù)補償，從而提高汽車的操縱性；提高汽車的全面智能化，線控轉向系統(tǒng)可以和其它的設備如 ABS、防碰撞、自動導航、自動駕駛等系統(tǒng)結合起來，最終實現(xiàn)汽車的全面智能化；改善駕駛員的路感，在 SBW 中路感由模擬生成 ，使得在回正力矩控制方面可以從信號中提出最能夠反應汽車實際行駛狀態(tài)和路面狀況的信息，作為方向盤回正力矩的控制變量，使方向盤僅僅向駕駛員提供有用的信息，從而為駕駛員提供更為真實的 路感 。 線控轉向系統(tǒng)還存在著可靠性的問題，目前歐洲汽車法規(guī)還要求駕駛員與轉向車輪之間必須有機械連接，而閑空轉向系統(tǒng)作為一個還不成熟的技術目前還不能有足夠的證據(jù)證明其可靠性。其次，線控轉向系統(tǒng)還需要在可靠性與成本之間做出較好的平衡；線控轉向還將與其它的汽車電氣系統(tǒng)通過 CAN 總線連接在中央控制器上，由中央控制器統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制汽車的運用， 從而實現(xiàn)汽車電氣的一體化和智能化； 總之，線控轉向在 EPS 的基礎上，將轉向系統(tǒng)的發(fā)展又推進了一步，它將為實現(xiàn)汽車智能化駕駛提供技術支持。 1.3 設計的主要內(nèi)容 根據(jù)題目 確定轉向器的結構形式，并進行轉向器及轉向梯形的結構設計，轉向器的結構強度校核，及相應的轉向傳動機構、轉向操縱機構的布置。 第 2 章 轉向系的方案設計 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 2.1 汽車轉向系的功用和設計要求 汽車在行駛過程中，為了適應各種道路情況和行駛條件，經(jīng)常需要經(jīng)常改變行駛方向。改變行駛方向的方法是通過轉向輪（一般是前輪）相對于汽車縱軸 線偏轉一定角度實現(xiàn)的 5。汽車在直線行駛時，轉向輪也往往受到路面?zhèn)认蚋蓴_力的作用自動偏轉而改變行駛方向。因此，駕駛員需要通過一套機構隨時改變或恢復汽車行駛方向。該套專設機構既為汽車的轉向系統(tǒng)。 汽車轉向系的作用是保持或者改變汽車行駛方向的機構，在汽車轉向行駛中，保證各轉向輪之間有協(xié)調(diào)的轉角關系。保證汽車在行駛中能按駕駛員的操縱要求，適時地改變行駛方向，并能在受到路面干擾偏離行駛方向時，與行駛系配合，共同保持汽車穩(wěn)定地直線行駛。轉向系對汽車行駛的適應性、安全性都具有重要的意義。 對轉向系提出的要求有： （ 1）汽車轉彎行駛時，全部車輪應繞瞬時轉向中心旋轉，任何車輪不應有側滑。不滿組這項要求會加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩(wěn)定性。 （ 2）汽車轉向行駛后，在駕駛員松開轉向盤的條件下，轉向輪能自動返回到直線行駛的位置，并穩(wěn)定行駛。 （ 3）汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉向輪都不得產(chǎn)生自振，轉向盤沒有擺動。 （ 4）轉向傳動機構和懸架導向裝置共同作用時，由于運動不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動應最小。 （ 5）保證汽車有較高的機動性，具有迅速和小轉彎行駛能力。 （ 6）操縱輕便。 （ 7）轉向輪碰撞到障礙物以后，傳給轉向盤的反沖力要盡可能小。 （ 8）轉向器和轉向傳動機構的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機構。 （ 9）在車禍中，當轉向軸和轉向盤由于車架或車身變形而共同后移時，轉向系應有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。 （ 10）進行運動校核，保證轉向輪與轉向盤轉動方向一致。 （ 11）方向盤左置。 （ 12）不得裝用全動力轉向機構。 （ 13）當汽車前行向左或向右轉彎時，轉向盤向左向右的回轉角和轉向力不能有顯著的差別。 （ 14）轉向器應有合適的角傳動比，既能使轉向省力，減輕駕駛員的勞動強度，又能使駕駛員轉動轉向盤時，轉向輪應立即獲得相應的偏轉 角，且轉向盤轉動的總圈下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 數(shù)不能太多。 2.2 主要參數(shù)的確定 根據(jù)指導教師給出的題目及設計要求，將選用吉利熊貓 2010 款 1.3L 型的數(shù)據(jù)作為本次設計的基礎數(shù)據(jù)，主要參數(shù)為： 整車質量： 985kg 最小轉彎直徑： 9.5m 最小轉彎半徑： 4.75m 車長： 3598mm 車寬： 1630mm 車高： 1465mm 軸距： 2340mm 最小離地間隙： 121mm 最大功率： 63/6000 kw/rpm 最大扭矩 ： 110/5200 Nm/rpm 前輪胎規(guī)格： 165/60R14 后輪胎規(guī)格： 165/60R14 前 /后輪距： 1420/1410mm 最高車速： 145km/h 2.3 轉向器形式的選擇 汽車行駛過程中，經(jīng)常需要改變行駛方向，即所謂的轉向，這就需要有一套能夠按照司機意志使汽車轉向的機構，它將司機轉動方向盤的動作轉變?yōu)檐囕喌钠D動作。 汽車的轉向系根據(jù)其轉向能源的不同，可分為機械式轉向系和動力式轉向系。 2.3.1 機械轉向系組成及其功用 機械式轉向系是依靠駕駛員的手力轉動 轉向盤，經(jīng)轉向器和一系列的桿件傳遞到轉向輪使其偏轉的，其中所有傳力件都是機械的。汽車轉向時，駕駛員作用于轉向盤上的力經(jīng)轉向柱傳至轉向器，將轉向力放大后，再通過轉向傳動機構的傳遞，推動轉向輪偏轉，使汽車改變行駛方向。 普通的轉向系統(tǒng)建立在機械轉向的基礎上，機械轉向系由轉向操縱機構、轉向器、轉向傳動機構三大部分組成 6。其中轉向器是將操縱機構的旋轉運動轉變?yōu)閭鲃訖C構的直線運動 (嚴格講是近似直線運動 )的機構，是轉向系的核心部件。機械式轉向系根據(jù)機械式轉向器分為齒輪齒條式轉向器、循環(huán)球式轉向器、蝸桿滾輪式轉向器、 蝸桿指銷式轉向器等。轉向傳動機構的功用是將轉向器輸出的力傳給轉向輪，且使二轉向輪偏轉角按一定的關系變化，以實現(xiàn)汽車順利轉向。轉向傳動機構的功用是將轉向器輸出的力和運動傳到轉向橋兩側的轉向節(jié)，使兩側轉向輪偏轉，并使兩輪向輪偏轉角按一定關系變化，以保證汽車轉向時車輪與地面的相對滑動盡可能小。轉向傳動機構根據(jù)懸架的分類可分為與非獨立懸架配用的轉向傳動機構和與獨立懸架配用的轉向傳動機構兩大類，轉向傳動機構的桿系根據(jù)布置可分為前置 式和后置式。有些汽車在轉下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 向傳動機構中裝有轉向減振器，用來衰減轉向輪的擺振和緩和來自路面的 沖擊載荷。從轉向盤到轉向傳動軸這一系列零部件屬于轉向操縱機構。包括：轉向盤、轉向管柱、轉向軸、上萬向節(jié)、下萬向節(jié)和傳動軸。 2.3.2 動力轉向系組成及其功用 動力轉向系統(tǒng)是兼用駕駛員體力和發(fā)動機動力為轉向能源的轉向系。重型汽車或裝有超低壓胎的轎車轉向時阻力較大，為了減輕駕駛員的疲勞強度，改善轉向系統(tǒng)的技術性能，采用動力轉向裝置。動力轉向裝置按動力能源分為液壓式和氣壓式，按動力缸、控制閥及轉向器的相對位置分為整體式、半整體式、轉向加力器，轉向加力裝置主要包括轉向油泵、轉向油罐、轉向控制閥和轉向動力缸 7。采 用動力轉向的汽車轉向時，所需的能量在正常情況下，只有小部分是駕駛員提供的體能，而大部分是發(fā)動機驅動轉向油泵旋轉，將發(fā)動機輸出的部分機械能轉化為壓力能，并在駕駛員控制下，對轉向傳動裝置或轉向器中某一傳動件施加不同方向的隨動漸進壓力，從而實現(xiàn)轉向。但是在轉向加力裝置失效時，一般還應當能由駕駛員獨立承擔汽車轉向任務。因此，動力轉向系是早機械轉向系的基礎上加設一套轉向加力裝置而形成的。采用動力轉向裝置的汽車，不僅使汽車入庫等復雜情況下的操作容易，而且在高速行駛狀態(tài)下，能對動力加以限制，使轉向不會過輕，增加了安全性。 2.3.3 轉向系統(tǒng)選擇 對于中高級以下的轎車和前軸負荷不超過 3t 的載貨汽車，則多數(shù)僅采用機械轉向系而無動力轉向裝置。汽車轉向時，駕駛員作用于轉向盤的力經(jīng)轉向拄傳至轉向器，將轉向力放大后，再通過轉向傳動機構的傳遞，推動轉向輪偏轉，使汽車改變行駛方向。機械式轉向系完全由駕駛員的力量實現(xiàn)轉向，結構簡單、工作可靠、路感好。 高級轎車和重型載貨汽車為了使轉向輕便，多采用這種動力轉向系統(tǒng)。動力轉向系不僅使汽車入庫等復雜情況下的操作容易，而且在高速行駛狀態(tài)下，能對動力加以限制，使轉向不會過輕，增加了安全性。動力轉向機是 利用外部動力協(xié)助司機輕便操作轉向盤的裝置。隨著最近汽車發(fā)動機馬力的增大和扁平輪胎的普遍使用，使車重和轉向阻力都加大了，因此動力轉向機構越來越普及。值得注意的是，轉向助力不應是不變的，因為在高速行駛時，輪胎的橫向阻力小，轉向盤變得輕飄，很難捕捉路面的感覺，也容易造成轉向過于靈敏而使汽車不易控制。 本次設計為微型汽車，采用機械式轉向器。 2.4 機械式轉向器類型的選擇 根據(jù)所采用的轉向傳動副的不同，轉向器的結構型式有多種。常見的有齒輪齒條式、循環(huán)球式、球面蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式等 8。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 對轉向器結構型式的選擇 ，主要是根據(jù)汽車的類型、前軸負荷、使用條件等來決定，并要考慮其效率特性、角傳動比變化特性等對使用條件的適應性以及轉向器的其他性能、壽命、制造工藝等。中、小型轎車以及前軸軸荷小于 1.2t 的客車、貨車，多采用齒輪齒條式轉向器。球面蝸桿滾輪式轉向器曾廣泛用于輕型和中型汽車上，循環(huán)球式轉向器則是當前廣泛使用的一種結構，高級轎車和輕型及以上的客車、貨車均多采用。據(jù)了解，在世界范圍內(nèi)，汽車循環(huán)球式轉向器占 45%左右，齒輪齒條式轉向器占 40%左右，蝸桿滾輪式轉向器占 10%左右，其它型式的轉向器占 5%。 2.4.1 齒輪齒 條式轉向器 齒輪齒條轉向器由于轉向軸做成一體的轉向齒輪和常與轉向橫拉桿做成一體的齒條組成。與其他形式的轉向器比較，齒輪齒條轉向器最主要的優(yōu)點是：結構簡單、緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉向器的質量比較??；轉向器占用的體積?。粵]有轉向搖臂和直拉桿，所以轉向輪轉角可以增大，制造成本低。其結構如圖 2.1。 1-調(diào)整螺塞 2-罩蓋 3-壓簧 4-壓簧墊塊 5-轉向齒條 6-齒輪軸 7-球軸承 8-轉向器殼體 9-轉向齒輪 10-滾柱軸承 11-轉向橫拉桿 12-拉桿支架 13-轉向節(jié) 圖 2.1 齒輪齒條式轉向器 齒輪齒條轉向器的主要缺點是：因逆效率高 60%-70%面上行駛時，發(fā)生在轉向輪與路面之間沖擊力的大部分能傳至轉向盤產(chǎn)生反沖，反沖現(xiàn)象會使駕駛員精神緊張，并難以準確控制汽車行駛方向，轉向盤突然轉動又會造成打手，同時對駕駛員造成傷害。 2.4.2 循環(huán)球式轉向器 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 循環(huán)球式轉向器 由齒輪機構將來自轉向盤的旋轉力進行減速，使轉向盤的旋轉運動變?yōu)闇u輪蝸桿的旋轉運動，滾珠螺桿和螺母夾著鋼球嚙合，因而滾珠螺桿的旋轉運動變?yōu)橹本€運動，螺母再與扇形齒輪嚙合，直線運動再次變?yōu)樾D運動，使連桿臂 搖動，連桿臂再使連動拉桿和橫拉桿做直線運動，改變車輪的方向。其結構如圖 2.2。 1-螺母 2-彈簧墊圈 3-轉向螺母 4-轉向器殼體密封墊圈 5-轉向器殼體底蓋 6-轉向器殼體 7-導管夾 8-加油（通氣）螺塞 9-鋼球導管 10-球軸承 11、 23-油封 12-轉向螺桿 13-鋼球 14-調(diào)整墊片 15-螺栓 16-調(diào)整墊圈 17-側蓋 18-調(diào)整螺釘 19-鎖緊螺母 20、 22-滾針軸承 21-齒扇軸（搖臂軸） 圖 2.2 循環(huán)球式轉向器 循環(huán)球式轉向器 的主要優(yōu)點：在螺桿和螺母之間因為有可以循環(huán)流動的鋼球，將滑動摩擦轉變?yōu)闈L動摩擦，因而傳動效率可達到 75 80；在結構和工藝上采取措施后，包括提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度和螺桿、螺母上的螺旋槽經(jīng)淬火和磨削加工，使之有足夠的硬度和耐磨損性能，可保證有足夠的使用壽命；轉向器的傳動比可以變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條與齒扇之間的間隙調(diào)整工作容易進行；適合下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 用來做整體式動力轉向器。循環(huán)球式轉向器的主要缺點：逆效率高，結構復雜，制造困難，制造精度要求高。 2.4.3 蝸桿滾輪式轉向器 蝸桿滾輪式轉向器由蝸桿和滾輪 嚙合而構成。蝸桿滾輪式轉向器的主要優(yōu)點是：結構簡單；制造容易；因為滾輪的齒面和蝸桿上的螺紋呈面接觸，所以有比較高的強度，工作可靠，磨損小，壽命長；逆效率低。蝸桿滾輪式轉向器的主要缺點是：正效率低；工作齒面磨損后，調(diào)整嚙合間隙比較困難；轉向器的傳動比不能變化。 蝸桿指銷式轉向器根據(jù)其銷子能否自轉分為固定銷式蝸桿指銷式轉向器和旋轉銷式轉向器。根據(jù)銷子數(shù)量不同，又分為單銷和雙銷之分。蝸桿指銷式轉向器的優(yōu)點是：轉向器的傳動比可以做成不變的或者變化的；指銷和蝸桿之間的工作面磨損后，調(diào)整間隙工作容易進行。固定銷蝸桿指銷 式轉向器的結構簡單、制造容易；但是因銷子不能自轉，銷子的工作部位基本保持不變，所以磨損快、工作效率低。旋轉銷式轉向器的效率高、磨損慢，但結構復雜。 轉向器是轉向系中的減速增扭轉動裝置